吴亚楠
作为突破传统制造物理极限、实现物质属性按需设计的终极制造范式，原子级制造不仅能够解决摩尔定律终结后的芯片制造困境，更是开启量子计算、超灵敏传感、高效能源转换、精准医疗等未来产业的关键钥匙，其产业属性兼具基础科学的探索性与未来产业的战略性的双重特质，是衡量国家前沿科技掌控能力与未来产业竞争力的制高点。
在人类对物质世界的探索中，原子级制造代表着制造技术的终极边界。当传统制造技术逐渐触及物理极限，原子级制造通过操控单个原子或分子实现材料合成与器件构建，不仅突破了精度瓶颈，更通过原子级结构设计赋予材料全新功能。这一技术革命正重塑半导体、生物医药、新能源等领域的竞争格局，成为全球科技强国竞相布局的战略制高点。中研普华产业研究院在《2026-2030年中国原子级制造行业市场全景调研与发展前景预测报告》中明确指出，原子级制造已从实验室验证阶段迈入规模化应用前夜，未来五年将成为驱动中国高端制造升级的核心引擎。
一、市场发展现状：技术突破与产业化的双重跃迁
1.1 技术突破：从单点演示到系统集成
原子级制造的技术演进正经历从“原子操控”到“批量制造”的跨越。早期技术主要依赖扫描探针显微镜(SPM)实现单原子移动，但效率低、成本高的问题制约了产业化进程。当前，技术突破聚焦于三大方向：
第一，操控技术的并行化。通过开发多探针协同作业系统，推动原子级制造从“手工定制”向“流水线生产”进化。例如，中科院苏州纳米所与清华大学联合研发的基于STM的单原子级3D打印技术，已实现纳米级量子点电路的精准构建，为芯片制造提供了新路径。
第二，增材制造的融合创新。原子层沉积(ALD)与分子束外延(MBE)等技术的优化，显著提升了沉积速率与材料兼容性。中微公司开发的等离子体约束技术，使线宽控制精度突破传统光刻机极限，其原子刻蚀设备已应用于14nm芯片量产，缺陷率较行业平均水平降低。
第三，表征技术的实时化。基于电子、光子多物理场的原位检测工具，结合机器学习算法，实现了制造过程的动态监控与工艺优化。百度“文心一言”团队开发的AI工艺优化系统，通过预测原子级结构缺陷，将纳米器件良率提升，推动制造模式从“经验驱动”转向“数据驱动”。
1.2 产业化进程：从实验室到产业链的延伸
原子级制造的产业化需突破传统产业链的线性结构，形成“技术-材料-设备-应用”的闭环生态。
上游环节，关键材料与设备的国产化替代加速。高纯度靶材、特种气体等核心材料仍依赖进口，但国内企业通过自主研发逐步突破瓶颈。例如，金钼股份研发的克级原子级金属粉体，熔点降至传统尺度的50%，突破了航空航天材料瓶颈;北方华创开发的ALD设备，市场占有率突破，推动设备成本下降。
中游环节，全链条服务能力成为核心竞争力。原子级制造的工艺复杂性远高于传统技术，中游企业需提供从工艺设计、设备调试到批量生产的一体化解决方案。例如，天奥电子通过原子钟技术切入量子通信赛道，其铷原子钟产品已应用于北斗导航系统，实现关键部件自主可控。
下游环节，应用场景裂变催生新需求。半导体领域，原子级制造推动3nm及以下制程芯片量产，中芯国际通过原子级刻蚀技术将缺陷率降低，满足AI计算、数据中心等场景对高性能芯片的需求;新能源领域，宁德时代通过原子界面修饰技术，将钠离子电池能量密度提升至较高水平，量产时间表提前;生物医药领域，复星医药开发的纳米脂质体抗癌药物临床试验数量增长，推动精准医疗落地。
二、市场规模：政策驱动与需求爆发的双重引擎
2.1 政策红利：国家战略的强力托底
原子级制造已被纳入中国“十四五”规划与“新一代人工智能”“集成电路”两大重点专项，成为国家战略布局的核心领域。2023年，财政部设立“高端制造专项基金”，三年投入超数百亿元，支持长三角、珠三角、京津冀等地区建设国家级原子制造创新中心。2024年，《新一代半导体产业创新发展行动计划》明确要求：2025年前实现原子级制造设备国产化率30%，2030年达50%。
2.2 需求爆发：下游场景的多元化拓展
原子级制造的市场需求正从半导体领域向新能源、生物医药、量子计算等领域快速渗透。
半导体领域，全球芯片需求年增，中国芯片自给率目标提升，原子级制造成为突破7nm以下制程的核心。2024年，中微公司原子刻蚀设备订单同比增长，推动国产设备在高端芯片市场的渗透率提升。
新能源领域，固态电池技术依赖原子级界面控制，宁德时代通过原子级界面优化，将钠离子电池能量密度提升，量产时间表提前，带动相关设备需求增长。
生物医药领域，纳米药物递送系统需求激增，2023年中国药企研发的纳米级抗癌药物临床试验数量增长，推动原子级制造在精准医疗领域的商业化落地。
根据中研普华研究院撰写的《2026-2030年中国原子级制造行业市场全景调研与发展前景预测报告》显示：
三、产业链重构：从线性结构到生态协同
3.1 上游：材料与设备的国产化突围
原子级制造对材料纯度与设备精度的要求极高，高端市场长期被国外企业垄断。当前，国产化替代进程加速：
材料端，国内企业通过技术创新突破“卡脖子”环节。例如，德尔未来通过化学气相沉积法实现石墨烯薄膜规模化制备，国产化率逐步提升;六碳科技开发的原子团簇材料，通过控制原子凝聚微环境，精准操控原子数目和结构，为下一代高性能传感器提供底层支撑。
设备端，分子束外延系统、扫描隧道显微镜等高端设备国产化率不足，但微导纳米、原磊纳米等企业通过“揭榜挂帅”机制攻克ALD设备技术，市场占有率突破，推动设备成本下降。中研普华产业研究院预测，到2030年，中国原子级制造设备国产化率将达较高水平，形成与欧美技术路线并行的竞争态势。
3.2 中游：全链条服务能力的构建
原子级制造的工艺复杂性要求中游企业具备跨学科技术整合能力。头部企业通过“技术+生态”双轮驱动构建壁垒：
技术整合，北方华创开发“原子级制造工艺包”，将芯片制造设备支撑工艺从14nm拓展至5nm以下;比亚迪将纳米涂层技术应用于固态电池，能量密度提升，通过与宁德时代、国轩高科等企业共建材料研发平台，加速技术从实验室到量产的转化。
生态绑定，中微公司通过并购、合作等方式整合产业链资源，形成从原材料到设备制造的闭环生态，有效提升市场竞争力。
3.3 下游：应用场景的裂变与融合
原子级制造的价值最终需通过下游应用体现。当前，应用场景呈现“半导体主导、新能源与生物医疗并进”的格局：
半导体领域，原子级制造推动3nm及以下制程芯片量产，中芯国际通过原子级刻蚀技术将缺陷率降低，满足AI计算、数据中心等场景对高性能芯片的需求。
新能源领域，固态电池技术依赖原子级界面控制，宁德时代通过原子级界面优化，将钠离子电池能量密度提升，量产时间表提前，带动相关设备需求增长。
生物医药领域，纳米药物递送系统需求激增，复星医药开发的纳米脂质体抗癌药物临床试验数量增长，推动精准医疗落地。
新兴领域，原子级制造与量子计算、生物3D打印的融合，催生器官芯片、量子传感器等颠覆性产品。例如，华为“盘古”AI模型成功模拟原子运动轨迹，将新材料研发周期压缩，推动原子制造从“经验驱动”转向“数据驱动”。
原子级制造不仅是技术层面的突破，更是人类对物质世界认知与操控能力的质的飞跃。中研普华产业研究院认为，2026—2030年是中国原子级制造行业从“技术验证”向“规模应用”跨越的关键期，政策红利、技术突破与市场需求三重共振，将推动行业规模以较高速度扩张。
想了解更多原子级制造行业干货?点击查看中研普华最新研究报告《2026-2030年中国原子级制造行业市场全景调研与发展前景预测报告》，获取专业深度解析。
研究院服务号
中研网订阅号